基于環境約束的電力能源效率評價

文/陳雯 謝鵬（安徽新華學院）

一、引言

隨著我國各行業電力需求的不斷增加，電力供應情況較為嚴峻，“電荒”問題日益突出[1]。電力能源是人們日常生活和社會生產的基本保障。電力能源是社會正常運行的基本動力，它是支撐人類生活和生產的重要物質資源，是促進經濟增長和社會進步的基本因素。

近年來，中國電力能源需求增長迅速。客觀全面地研究電力能效問題，對于中國實現經濟可持續發展、促進電力供需平衡具有重要意義，對節能低碳發展具有一定的指導意義。而中國幅員遼闊，地域眾多，各地區經濟發展水平和資源水平差異較大。因此，有必要在明確中國區域能源效率時空格局和演化特征的基礎上，提高區域能源效率，制定差別化的能源與環境政策[2]。

傳統的數據包絡分析方法有其自身的局限性：它要求投入盡可能地削減，而產出盡可能地擴大，這與實際的生產過程不相符合。

實際的生產過程中，不僅有期望產出，還有非期望產出，只有非期望產出盡可能地減少才能實現最好的經濟效率[4]。為了解決這一問題，許多學者進行了積極的嘗試。Song等人[5]使用兩階段的DEA模型分析中國32個省份的環境效率情況，第一階段使用的是傳統的數據包絡模型——CCR（Charnes、Copper、Rhodes） 模 型，第二階段使用的是SBM模型。Shi等人[6]提出在考慮非期望產出的情況下，利用DEA方法對中國28個行政區域的能源效率進行計算。Sueyoshi和Goto[7]也應用SBM模型進行環境效率的評估。Bai等人[8]運用超效率SBM模型計算了中國西部11個省市的能源效率，并分析了影響能源效率的因素。Cui等人[9]選擇了中國2012年29個省份的數據，基于SBM模型對煤炭資源利用效率進行評估。

由于DEA方法最優的效率值為1，且效率值是不超過1的，這使得對效率的排名產生問題。于是，有研究學者針對相關問題提出解決方法。與上述研究內容相比，本文研究的創新之處在于：本文考慮了在環境約束下研究電力能源效率。因此，在產出指標方面，文章選取了3個非期望產出指標。在聚類分析方面，從大數據視角出發，通過聚類分析挖掘電力能源效率的區域發展動向及特征。

二、方法

DEA交叉效率模型的基本思路是在交叉效率模型的基礎上，引入評價單元之間的博弈關系，在避免交叉效率模型二次目標選擇的同時，放寬傳統模型嚴苛的假設條件，使其更貼切實際，是對傳統效率測度思路和方式的一種改進[10-12]。該模型的理論實現如下：

假設決策單元DMUd的效率值為αd，則在保持DMUd的效率值不被降低的情況下，最大化其余決策單元DMUj的效率值。由此定義DMUj利用DMUd的權重所獲得的博弈交叉效率值為：

三、結果和討論

（一）整體分析

利用DEA交叉效率模型，得到2012至2021年中國30個省份在環境約束下的電力能源效率得分。如圖1所示，結果表明，不同地區電力能源效率得分的發展趨勢存在差異。其中，北京、上海、湖南、吉林、廣東電力能效呈現曲折上升趨勢。河南、陜西、江西和重慶的電力能效相對優勢有所下降。北京、天津、上海、浙江、山東、廣東和海南的電力能效約為0.9，比全國平均水平要高。由此可見，考慮環境因素，這7個地區的電能投入和輸出是合理的。貴州、云南、甘肅、青海、寧夏、新疆的電力能源效率均為0.6，低于全國平均水平。這些地區的電力能源效率的發展趨勢是緩慢的。因此有必要進行電力能源效率的改進，進一步轉變傳統發展模式“大規模生產、大規模消費、大規模廢棄”的方式，向“低消耗、低排放、高效可持續”方向轉變。

圖1 部分省區電力能源效率

從中國的整體情況來看，2012至2021年中國電力行業能效的發展趨勢較為明顯。2012至2016年，電力行業處于“先發展后環保，先污染后治理”的發展階段。

電力體制改革極大地促進了發電工業的發展。在這一階段，各大發電集團搶占資源，擴大規模，為迅速扭轉中國電力短缺的局面做出了巨大貢獻。但對清潔發展缺乏統籌規劃，環保設施投入不足，利用率低，排放增加、環境污染等問題。因此，在此期間，中國的電力能源效率有輕微的下降趨勢。

第二階段是2016年至今，電力行業處于“結構調整和清潔發展”時期。這一時期主要表現為綠色低碳發展，重點調整供電結構、產業結構和區域布局。其中，清潔能源發電在電力行業占據主導地位，風電、太陽能、核電、水電等清潔能源得到快速發展。

（二）區域性分析

中國30個省份可以按照地理位置分成東部地區、中部地區和西部地區。文章利用聚類分析方法，結合地理區域劃分對聚類結果進行提煉總結，如表1所示。

大部分地區集中在第一類和第二類，說明中國電力能源效率呈現“前多后少”的格局。

一般來說，第二類的數量仍然多于其他類別，而第三類在電力能源效率方面相對落后，這是很大的改進和改善的重點。從表1可以看出，第一類主要集中在東部和中部地區，尤其是東部地區，第二種類型分布更均勻，第三類主要集中在西部地區，這意味著西部的電力能源效率最低。由于東部和中部地區經濟發展水平高，對西部地區應提供技術支持，加強三個地區之間的交流與合作，推動西部地區的發展，進一步改善西部地區的能源效率。

表1 電力能源效率的聚類結果與對比

與其他兩個地區相比，西部地區的電力能源效率處于最低水平，波動較大。電力能耗對環境約束敏感，可再生能源占比較高。中國西部省份的地理面積比較大。青海、新疆、甘肅、寧夏等西部地區擁有豐富的風能和太陽能資源，是風能、太陽能等可再生能源發電的重要地區。據統計，中國西部地區的輻射和日照總量也是全國最高的，屬于世界上太陽能資源豐富的地區之一。中國西部擁有全國一半以上的風能資源。青海、甘肅、新疆風能可開發儲量分別為1560萬千瓦、2734萬千瓦、3811萬千瓦[13]。中國西部的風能開發始于20世紀50年代末，80年代進入示范推廣階段，90年代逐漸形成規模。但西部地區環境相對脆弱，利用可再生能源發電應注意環境保護[3]。

四、結論

中國各省的電力能源效率水平不同。由于經濟發展水平和地理條件的不同，節能降耗政策的實施應因地制宜。貴州、甘肅、寧夏和青海是能源效率最低的4個地區，有必要分析它們的能源效率構成，找到有針對性的提高電力能源效率的解決方案。對于遼寧、吉林等粗放型生產的老工業基地，要尋求適應新型工業化生產道路，走可持續發展道路[14-16]。

另一方面，各省在分析和提高能效政策的過程中，要加大區域間的開放，建立有效的協調機制，區域間電力效率的提高使得各省在提高自身能源效率的同時，有效地促進了相鄰省份能源效率的提高，最終實現了我國能源整體效率的提高。從聚類結果看，中國西部地區在經濟發展和能源利用方面與其他地區存在明顯差異。東部地區具有良好的經濟發展基礎、工業化水平和獨特的生態系統。因此，西部地區要積極開發風能、太陽能等新能源，推動風電規模化發展，加快太陽能的開發利用。基于中國電力能源效率東部高、西部低、中部中等的區域特征，為有效提高中國整體電力能源效率，應在保證東部地區電能利用效率穩步提高的基礎上，采取有效措施提高中西部地區的電能利用效率。東部地區節能的方法和管理經驗對提高中西部地區的電能利用效率具有重要的參考價值。

同時,東部地區應該鼓勵低能耗,高科技行業的發展,并提供技術支持給予中西部地區，推動中西部地區的發展，并進一步提高中國整個電力能源效率。